用于在流体冷却系统中防止冷凝的装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于在流体冷却系统中防止冷凝的装置，本实用新型特别地涉及一种在由流体冷却的比如大功率电子部件的电子电路中防止冷凝的装置。

背景技术：

大功率电子部件，比如大功率IGBT需要冷却。在多种现代电子系统中，使用液体冷却。将电子部件安装到导热基底上，比如铝基板上。管道的网络附接到该基底，使得可以将热量从基底转移到流经管道的网络的液体(例如，水)。管道的网络通常连接到(外部)冷却系统，所述冷却系统从所述液体中移除热量，并且所述液体能够再循环到网络。

当必须冷却大量电子部件时，更有效地是使用称作冷却器的中央冷却系统，用于冷却在冷却网络中循环的液体。一个冷却器能够连接到多个装置，所述多个装置都可以具有不同的热量要求和温度要求。然而，冷却器不能区分这些装置并且通常被构造成移除热量并且供应用于在预定的低温条件下再循环的液体。

在温暖和潮湿的区域中，低温有时可以低于露点。当这种冷液体在电子部件的冷却网络中再循环时，周围空气中的蒸汽可能在电子部件上或者电子部件的附近发生冷凝。这些冷凝水可能损坏电子部件并且可能引起短路危害并且使得电子部件发生故障。

在上述系统中防止或者至少最小化冷凝的一种可行方案是调节安装有系统的房间中的大气状况。然而，这种解决方案的成本非常高昂并且不总是可行的，例如在大空间中。

技术实现要素：

因此本实用新型的目的是提供一种冷凝防护/防止装置，特别是提供一种用于比如电子系统的系统的冷凝防护/防止装置，所述电子系统包括被流体(液体)冷却的发热部件。

本实用新型提供一种用于在流体冷却系统中防止冷凝的装置，所述装置包括：第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体出口与所述第一流体入口流体连通；第二流体入口和第二流体出口，所述第二流体出口与所述第二流体入口流体连通；和热交换设备，所述热交换设备构造成在所述第一流体出口和所述第二流体入口之间转移热量，其中所述热交换设备包括泵，所述泵构造成将流体从所述第二流体入口泵送到所述第一流体出口。

所述装置包括控制器，所述控制器构造成通过控制所述热交换设备的热交换量来控制所述第一流体出口处的流体的温度。所述控制器还构造成控制所述泵的运转。

所述装置包括旁路管道和三通阀，所述旁路管道将所述第一流体入口与所述第二流体出口流体连接并且与所述泵并联布置，所述三通阀所述旁路管道与所述第二流体入口连接，其中所述控制器构造成控制所述三通阀的运转。

所述装置包括第一温度传感器，所述第一温度传感器构造成检测所述第一流体出口处的流体温度并且联接到所述控制器。所述装置还包括：第二温度传感器，所述第二温度传感器构造成检测环境温度；和湿度传感器，所述湿度传感器构造成检测环境湿度，其中，所述第二温度传感器和所述湿度传感器联接到所述控制器。

其中所述控制器构造成基于检测的所述环境温度和所述环境湿度来确定表明露点的阈值温度。所述控制器构造成控制所述泵的运转，使得在所述第一流体出口处的流体温度等于或者高于所述阈值温度。

本实用新型还提供一种包括发热部件并且用于冷却所述发热部件的流体冷却回路的系统，其中所述流体冷却回路包括回路入口和回路出口，其特征在于，所述系统还包括前述任一的用于防止冷凝的装置，其中第一流体出口连接到所述回路入口，第二流体入口连接到所述回路出口。

其中所述发热部件是电子部件，所述电子部件是电力电子部件。

根据本实用新型的第一方面，因此提供了一种用于在流体回路中防止冷凝的装置。该装置包括第一流体入口、第一流体出口，所述第一流体出口与所述第一流体入口流体连通。该装置还包括第二流体入口、第二流体出口，所述第二流体出口与第二流体入口流体连通。根据本实用新型的方面，装置包括热交换设备，所述热交换设备构造成在第一流体出口和第二流体入口之间转移热量。

在一方面中，热交换设备包括用于使得来自第二流体入口的流体的一部分混合到第一流体入口和第一流体出口之间的流体中的装置。当第一流体入口处的冷却流体的温度低于第二流体入口处的冷却流体的温度时，将更温暖的流体的一部分混合到更冷的流体中会升高所述更冷的流体的温度。通过控制被混合的流体量，能够控制第一流体出口处的流体温度。有利地，泵构造成将流体从第二流体入口泵送到第一流体出口。控制器有利地构造成控制第一流体出口处的流体的温度。该控制器有利地构造成通过控制热交换设备的热交换量(例如通过控制泵的运转和/或注入到第一流体出口的、来自第二流体入口的流体量)来控制温度。

根据本实用新型的方面，第一流体入口构造成接收冷却流体，特别地，构造成接受冷却液体并且将冷却流体供应到第一流体出口，用于供应到待冷却的系统，例如电力电子系统。第二流体入口构造成接收已经被待冷却的系统加热的废弃冷却流体，用于供应到第二流体出口，从所述第二流体出口处所述废弃冷却流体被再生(再次冷却)。根据本实用新型的方面，从第二流体入口进入到装置中的被加热(废弃)的流体的热量用于在冷的冷却流体从第一流体出口离开所述装置之前加热所述冷的冷却流体。通过在流体被供应到电力电子系统之前将冷的流体加热到露点之上，能够防止周围空气中的蒸汽在电力电子系统中冷凝。在本实用新型中，由电力电子系统产生的废弃热量用于实现这个目的。根据本实用新型的方面的装置因此更加有效地防止冷凝。此外，与必须使用空调设备来调节房间中的湿度时相比，根据本实用新型的方面的装置有利地不太复杂并且更具有经济性。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种系统。该系统包括发热部件和用于冷却发热部件的流体冷却回路。流体冷却回路包括回路入口和回路出口。该系统还包括用于防止周围的蒸汽在回路的外部壁上冷凝的装置。该装置包括第一流体入口、第一流体出口、第二流体入口、第二流体出口和增加第一流体入口和第一流体出口之间的流体温度的设备，所述第一流体出口连接到回路入口并且与第一流体入口流体连通，所述第二流体入口连接到回路出口，所述第二流体出口与第二流体入口流体连通。有利地，用于增加流体温度的设备包括热交换设备，所述热交换设备构造成在第一流体出口和第二流体入口之间转移热量。通过将来自第二流体入口的流体的一部分注入到第一流体出口中可以转移热量。这样的装置可以是根据如上所述的第一方面的任何装置。

根据第三方面，描述了用于在流体冷却系统中防止冷凝的方法。

附图说明

现在将参照附图更加详细地描述本实用新型的方面，其中，相同的附图标记表示相同的特征，在附图中：

图1示出了用于防止冷凝的根据本实用新型的方面的装置的示意图。

具体实施方式

参照图1，根据本实用新型的方面的用于防止冷凝的装置10包括称作冷流体入口11的第一流体入口、称作冷流体出口12的第一流体出口、称作热流体入口13的第二流体入口和称作热流体出口14的第二流体出口。

装置10构造成联接到电力电子系统9的冷却网络，其中冷流体出口12连接到系统9的流体入口91，热流体入口13连接到系统9的流体出口92。装置10还构造成联接到用于将冷却液体冷却的冷却器系统8，其中冷流体入口11连接到冷却器系统8的流体出口81，热流体出口14连接到冷却器系统8的流体入口82。

可以是气体、液体或者超临界流体的流体有利地是液体冷却剂，比如水。冷侧管道15将冷流体入口11连接到冷流体出口12。热侧管道16将热流体入口13连接到热流体出口14。

根据本实用新型的方面，装置10包括用于增加冷流体入口11和冷流体出口12之间的流体温度的设备，例如通过在流体从冷流体出口12离开装置之前向流体添加热量。所述装置构造成在流体被供应到电力电子系统9之前，将冷流体加热到露点之上。通过这样做，能够在系统9中防止冷凝。

存在增加流体温度的不同方式。一种方式是提供一种联接到冷侧管道15的热交换器。该热交换器可以例如将热量从周围大气(环境)转移到冷侧管道15中的流体。一种替代方案是提供一种加热设备，用于例如通过电阻来加热冷侧管道。

根据本实用新型的方面，使用从热流体入口13进入到装置的热流体的热量以便在冷流体从冷流体出口12离开装置之前加热所述冷流体。在本实用新型的方面中，由电力电子系统9产生的废弃热量用于该目的。

如图1所示，一种可行方案是将从热流体入口13进入到装置10的热流体的一部分注入到冷侧管道15中。这种流体与冷侧管道15中的冷流体混合并且增加了所述冷流体的温度。为此，泵17连接在热侧管道16和冷侧管道15之间。泵17构造成从热侧管道16泵送热流体并且将所述热流体注入冷侧管道15中。

装置10能够包括控制器18。控制器18能够构造成控制冷侧管道15中的和/或冷流体出口12处的流体的温度。在本实施例中，可以通过控制泵的运转来控制温度。因此，控制器18能够构造成控制泵17的运转。控制器18可以构造成控制泵17的流率，例如，通过控制泵17的转速来控制所述泵的流率。

装置10能够包括一个或者多个传感器，特别地，包括温度传感器181(有利地位于泵17的下游)，用于检测冷侧管道15中的流体的温度和/或检测冷流体出口12处的或者所述冷流体出口附近的流体的温度。装置10还可以包括：流量传感器182(有利地位于泵17的下游)，用于测量冷侧管道15中的流体的流率和/或在冷流体出口12处供应的流体的流率。装置10还能够包括：温度传感器183，用于测量大气温度；和湿度传感器184，用于测量环境(相对)湿度。所有这些传感器181-184都能够联接到控制器18。应当注意的是传感器183和184可以布置在装置10的外部。

控制器18有利地利用计算机程序代码来编程，所述计算机程序代码构造成基于由传感器183和184所测量的环境温度和环境湿度来确定露点。可以例如通过存储在控制器18的存储器中的查询表来确定露点。当冷流体出口12处的流体的温度处于露点或者低于露点时，可能发生冷凝。控制器18的程序代码可以构造成关于已经确定的露点来确定阈值温度。该阈值温度可以例如为这样的温度，所述温度高于已经确定的露点，例如所述温度高于露点1℃至10℃，例如比所述露点高5℃。

控制器18可以将阈值温度用作为用于控制冷流体出口12处的流体温度(例如通过控制泵17的运转)的设定点。例如，传感器181向控制器18提供了在冷流体出口12处的流体温度的反馈，并且控制器18可以增加泵17的流率直到由传感器181测量到阈值温度为止。

可选地，装置10包括三通阀19，有利地包括比例三通阀。三通阀19连接在热侧管道16和冷侧管道15之间。三通阀19产生了用于冷却器系统8的旁路管道191。这在电子系统9的启动操作期间是有利的。三通阀19有利地具有至少两种状态。在称作正常状态的第一种状态中，从热流体入口13至热流体出口14的通过热侧管道16的流动被开通并且从冷侧管道15至热侧管道16的流动被堵塞。在称作旁路状态的第二状态中，打开从冷侧管道15至热侧管道16的流动而堵塞从热流体入口13至热流体出口14之间的流动。在旁路状态中，流体能够从冷流体入口11流至热流体出口14。在旁路状态中，能够有利地操作泵17，以便使得冷却流体在电子系统9和装置10之间再循环，而不会流至冷却器。这在系统9的启动期间是有利的，原因在于这防止了在启动期间的冷凝并且能够减少达到系统9的正常运转温度所需的时间。

可以使得三通阀19成比例，使得在正常状态和旁路状态之间的额外状态成为可能。这些额外状态能够用于控制冷流体出口12的流率，例如，保持所述流率基本恒定。额外状态还可以用于通过控制流率来调节冷却能力。

三通阀19能够联接到控制器18，用于控制所述三通阀的运转。例如，控制器18可以构造成基于由传感器181测量的温度和/或由传感器182测量的流率来控制三通阀19的状态。

在一个替代方案中，泵17可以具有仅仅两种操作状态，例如，接通和关闭。比例三通阀可以在这种情况中使用，以便控制冷流体出口12处的流体的流率和/或温度。在这种情况中，控制器18有利地联接到泵17和三通阀19，并且所述控制器联接到温度传感器181和/或流量传感器182。

在替代实施例中，可以设置用于在热侧管道16和冷侧管道15之间交换热量的热交换器来代替泵17。通过控制通过热交换器(例如通过三通阀19)的流率，能够调整冷流体出口12处的流体的温度，用于在系统9中防止冷凝。

根据本文描述的方面的装置10可以设置为独立装置，所述独立装置可以联接在电力电子系统9和冷却器系统8之间。替代地，装置10可以集成在电子系统9中以便形成集成系统100，或者替代地所述装置可以集成在冷却器系统8中。装置10可以包括用户接口或者通讯接口185，用于与外部计算机或者控制装置通讯。